Wydruk strony Farmer.pl - portal nowoczesnego rolnika

Nitragina - układ symbiotyczny rośliny bobowate-bakterie brodawkowe

Autor:

Dodano:

Rośliny motylkowate (obecnie bobowate) to jedna z największych rodzin w obrębie roślin okrytozalążkowych, szacuje się, że w jej skład wchodzi około 700 rodzajów i 20 000 gatunków.

Rodzina Leguminosae obejmuje 3 podrodziny:

v   Mimosoideae – mimozowate,

v  Papilionoideae – motylkowate właściwe,

v  Caesalpinioideae – brezylkowate

Spośród wyżej wymienionych podrodzin do tworzenia układów symbiotycznych z ryzobiami zdolnych jest 90% roślin należących do Mimosoideae i 97% roślin należących do Papilionoideae, natomiast wśród Caesalpinioideae zaledwie 30% roślin.

Bakterie brodawkowe są składnikiem mikroflory glebowej. Wykazują zdolność do interakcji z korzeniami roślin bobowatych, powodując tworzenie brodawek korzeniowych, w których zachodzi proces wiązania azotu atmosferycznego. Często określane są one terminem ryzobia, który pochodzi z języka greckiego, od słów „riza”, co oznacza korzeń i „bios’, życie.

Przez wiele lat taksonomia bakterii brodawkowych oparta była na stopniu specyficzności układów symbiotycznych, tworzonych przez bakterie i rośliny. W 1921 roku Löhnis i Hansen zaproponowali podział bakterii na dwie grupy: wolno i szybko rosnące, w oparciu o ich czas generacji. Współczesna taksonomia ryzobiów jest taksonomią wielokierunkową, opierającą się na analizie zarówno cech fenotypowych, genomowych, jak i danych pochodzących z badań filogenetycznych. Ryzobia są Gram ujemnymi tlenowymi, urzęsionymi pałeczkami, które nie tworzą form przetrwanych. Należą one do klasy α- Proteobacteria i β- Proteobacteria, jednak większość z nich skalsyfikowana jest w klasie α- Proteobacteria.

CO TO SĄ BAKTERIE BRODAWKOWE?

Bakterie te tworzą układy symbiotyczne z roślinami bobowatymi. Prawie każda roślina bobowata ma swój specyficzny gatunek bakterii. Na przykład bakterie lucerny tworzą symbiozę z tą rośliną, ale nie współżyją z korzeniami koniczyny, grochu, łubinu itd. Proces symbiozy polega na tworzeniu przez roślinę brodawek korzeniowych, wewnątrz których żyją bakterie brodawkowe, uzdolnione do wykorzystywania (wiązania) azotu atmosferycznego. Znaczną część związanego azotu bakterie przekazują roślinie, a w zamian uzyskują związki energetyczne, niezbędne m.in. do przeprowadzenia procesu wiązania azotu. Po obumarciu brodawek bakterie przedostają się do gleby, w której mogą bytować przez wiele lat. Ich liczebność i przeżywalność w glebach zależy od wielu czynników:

•         częstotliwości uprawy rośliny bobowatej na danym polu,

•         jakości gleby, a zwłaszcza jej żyzności i odczynu (pH),

•         właściwości samych bakterii brodawkowych,

•         nawożenia mineralnego N oraz innych.

Ryzobia są zdolne do bytowania w środowisku glebowym przez wiele lat w nieobecności gospodarza roślinnego. W stanie asymbiotycznym nie mają zdolności wiązania azotu atmosferycznego. Aby uzyskać tę aktywność muszą zainfekować komórki korzenia rośliny i utworzyć brodawki korzeniowe. Symbioza ryzobiów z roślinami bobowatymi jest wieloetapowym procesem, prowadzącym do wytworzenia efektywnej brodawki korzeniowej, w obrębie której rozwijają się bakteroidy wiążące azot.                                                        Rośliny bobowate i bakterie brodawkowate wytwarzają chemiczne sygnały, które pełnią ważną funkcję we wzajemnym rozpoznawaniu partnerów i w inicjacji symbiozy. Rośliny wydzielają dużą ilość substancji organicznych: węglowodany, kwasy organiczne, witaminy, aminokwasy  i pochodne fenolowe. Spośród nich najważniejsze dla symbiozy są flawonoidy.

Rola bakterii we wzajemnej wymianie sygnałów z rośliną polega na indukcji ekspresji genów roślinnych, których produkty niezbędne są do utworzenia symbiozy. Zachodzi to za pośrednictwem wytwarzanych przez ryzobia, specyficznych związków sygnałowych, zwanych czynnikami Nod (ang. Nod factor – NF), które są lipochitooligosacharydami (LCO).

Po zasiedleniu ryzosfery przez bakterie brodawkowe następuje ich adsorpcja do włośników korzeniowych. Ryzobia przyłączają się do młodych, rozwijających się włośników korzeniowych makrosymbionta. W wyniku adhezji ryzobiów do powierzchni włośników korzeniowych dochodzi do zmiany kierunku jego wzrostu, a co za tym idzie do jego deformacji. Zniekształcenie to polega na zagięciu i skręceniu rosnącego włośnika w miejscu, w którym przyczepiona jest komórka bakteryjna. Następnie bakteria zostaje unieruchomiona pomiędzy roślinnymi ścianami komórkowymi wygiętego włośnika. Dalsza infekcja odbywa się przez strukturę zwaną „nicią infekcyjną” (ang. infection thread). Zadaniem „nici infekcyjnej” jest wprowadzenie bakterii do tworzących się brodawek. Bakterie brodawkowe otoczone błoną perybakteroidalną tworzą tzw. symbiosomy, w których dochodzi do różnicowania się ryzobiów, po czym powstają endosymbiotyczne formy bakterii, tzw. bakteroidy wiążące azot atmosferyczny. Z tetraploidalnych komórek kory korzenia powstają brodawki korzeniowe. Bakteroidy obecne w brodawkach wiążą azot atmosferyczny przy udziale kompleksu enzymatycznego – nitrogenezy.

DLACZEGO, KIEDY I JAK STOSUJEMY SZCZEPIONKI?

Szczepionki zawierają bardzo liczne, żywe kultury bakterii brodawkowych. Stosując szczepionki możemy w prosty sposób:

•         wprowadzić do gleby aktywne szczepy bakterii brodawkowych,

•         ułatwić roślinom bobowatym wytworzenie efektywnej symbiozy z bakteriami,

•         polepszyć wzrost i plonowanie roślin,

•         polepszyć jakość plonu, m.in. poprzez zwiększenie zawartości białka,

•         zwiększyć ilość azotu pozostającego w glebie.

Użycie szczepionki wskazane jest szczególnie wtedy, gdy:

•         na danym polu przez długi okres nie uprawiano wysiewanej rośliny,

•         zamierzamy uprawiać soję, ponieważ w naszych glebach na ogół brak jest bakterii brodawkowych tworzących symbiozę z tą rośliną,

•         gleba jest zbytnio zakwaszona (pH poniżej 5,0),

•         rekultywujemy gleby lub nieużytki, np. zanieczyszczone metalami ciężkimi.

Na rynku krajowym i zagranicznym obserwuje się rosnące zainteresowanie biologicznymi metodami zwiększania plonowania i jakości plonów roślin bobowatych, powodowane zarówno zwiększonym zainteresowaniem rolnictwem zrównoważonym i ekologicznym, jak i dostrzeganiem przez producentów rolnych ewidentnych korzyści ekonomicznych wynikających ze stosowania tych szczepionek. W Zakładzie Mikrobiologii Rolniczej IUNG-PIB w Puławach wyselekcjonowano najlepsze i przetestowane na rodzimych roślinach szczepy bakterii z rodzaju Rhizobium. Bakterie te dobrano dla poszczególnych gatunków roślin bobowatych. Instytut od kilkudziesięciu lat selekcjonuje bakterie z rodzaju Rhizobium i przygotowuje z nich inokulum o gwarantowanej skuteczności. Produkowana przez nas szczepionka jest gwarancją jej jakości, potwierdzoną szeregiem badań naukowych.

Anna Gałązka, Małgorzata Łyszcz, Emilia Grzęda

Zakład Mikrobiologii Rolniczej

Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa – Państwowy Instytut Badawczy

ul. Czartoryskich 8; 24-100 Puławy

×